飞行时间质子 CT 中的相对阻止本领精度
医学物理
2022-08-17 v1 仪器与探测器
摘要
质子计算机断层扫描（CT）类似于 X 射线 CT，但依靠质子而非光子来形成图像。在其最常见的操作模式中，所测量的量是质子穿过成像物体时损失的能量，由此可通过断层重建获得相对阻止本领图。为此，在多个质子 CT 原型中，已研究或实现了在扫描物体下游测量质子沉积能量的量热计作为能量探测器。另一种方法是测量质子的剩余速度，从而通过至少两个传感器平面之间的飞行时间（TOF）得到其动能。在本工作中，我们研究了 TOF 质子 CT 系统可预期的精度，即图像噪声。我们一方面基于物理模型，另一方面基于相关不确定度的统计模型，推导投影图像中噪声的闭式表达式。TOF 测量误差随 TOF 传感器平面间距离成比例变化，并表示为速度误差（ps/m）。我们利用方差重建，在给定扫描仪特性的情况下获得水柱体模的噪声图，并额外重建了基于量热计的质子 CT 系统的噪声图作为参考。我们发现，具有 30 ps/m 速度误差的 TOF 质子 CT 达到与具有 1% 能量误差（1 sigma 误差）的基于量热计的质子 CT 系统相似的图像噪声。具有 50 ps/m 速度误差的 TOF 质子 CT 系统产生的噪声略小于 2% 量热计系统。重建的 TOF 质子 CT 图像中的噪声在空间上是不均匀的，在物体边缘处明显增大。这项对 TOF 质子 CT 图像噪声的系统性研究可作为未来开发这种用于估计扫描物体后质子剩余能量的替代方案的指导。
引用
@article{arxiv.2112.11575,
title = {Relative stopping power precision in time-of-flight proton CT},
author = {Nils Krah and Denis Dauvergne and Jean Michel Létang and Simon Rit and Étienne Testa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.11575},
year = {2022}
}